隧道施工施工方法及其選擇

PAGEPAGE38隧道施工方法及其選擇

第一部分前言改革開放以來，我國鐵路、公路、水電站等山嶺隧道工程的發(fā)展又進入了一個新的時期。到2000年我國公路隧道1684座，總長達(dá)628km，到1998年底鐵路運營隧道約5336座，總長達(dá)2565km。除隧道的數(shù)量增加外，隧道的長度也有所突破，如長度超過12km的長梁山隧道，西安——安康線上的18.6km的秦嶺隧道，正在修建的長達(dá)18km1、隧道的分級1.1隧道按長度進行等級劃分：（1）長度在500m及以下為短隧道；（2）長度在500m以上至3000m（3）長度在3000m以上至10000m為長隧道；（4）長度在10000m以上為特長隧道。1.2隧道的開挖斷面等級劃分應(yīng)符合下列規(guī)定：(1)斷面積在10㎡及以下為小斷面；(2)斷面積在10㎡以上至50㎡為中等斷面；(3)斷面積在50㎡以上至100㎡為大斷面；(4)斷面積在100㎡以上為特大斷面。2、現(xiàn)代隧道修建方法現(xiàn)代隧道技術(shù)的內(nèi)容應(yīng)涵蓋適用于不同條件的各種不同修建方法。(見圖1.2-1)土層隧道巖石隧道土層隧道巖石隧道水下隧道蓋挖法明挖法盾構(gòu)法管段沉放法掘進機垂直邊坡+支擋結(jié)構(gòu)泥水混合盾構(gòu)斜邊坡板樁土壓平衡盾構(gòu)礦山法挖孔樁連續(xù)墻圖1.2-1現(xiàn)代隧道修建方法據(jù)資料考證，獅球嶺隧道是采用技術(shù)簡單的明挖法修建的。而在一百多年后的今天，我們簡直可以說，中國人已經(jīng)掌握了所有的現(xiàn)代隧道修建方法和修建技術(shù)。廣州地鐵就是一個十分有趣的例子，在剛剛建成的第一期工程中使用了現(xiàn)代隧道修建的各種方法。從烈士陵園站至天河體育中心站采用淺埋礦山法修建；從黃沙站至公園前站的區(qū)間隧道采用了二臺泥水混合盾構(gòu)；而從公園前站至烈士陵園站是用一臺土壓平衡盾構(gòu)修成的；跨越珠江的水下隧道則采用了沉放管段。其余部分區(qū)間隧道采用明挖法修建。正在建設(shè)中的二號線，仍有一部份區(qū)間隧道用礦山法修建，而跨越珠江的水下隧道則采用盾構(gòu)法施工。3、隧道統(tǒng)計資料

根據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國大陸鐵路隧道總數(shù)達(dá)5300余座，總長度為2500km，其中5km以上隧道就有22座（表1-1）。表1-1我國長度5km以上的鐵路隧道編號隧道名全長(m)鐵路名修建年代1秦嶺18457西康正在施工2大瑤山14294.47京廣1981-19873長梁山12780朔黃正在施工4米花嶺9383南昆-19965軍都山8460大秦1982-19876云臺山8145侯月-19917分水關(guān)7228橫南19978驛馬嶺7031.9京原1967-19699寺鋪尖6407朔黃正在施工10沙馬拉達(dá)6383.3成昆1959-196611八盤嶺6340溪田1987-199312平型關(guān)6188.6京原1967-197113關(guān)村壩6187成昆1961-196614奎先6152南疆1975-197815南嶺6061.8京廣1981-198716紅旗5848.3京通1973-197517彭莫山5592焦柳1971-197318大巴山5334襄渝1970-197319六盤山5240寶中1990-199420武當(dāng)山5226.1襄渝1969-197321平關(guān)5139.87盤西1966-197022白家灣5058大秦1982-1986

80年代以來,由于我國高等級公路的興建,公路隧道建設(shè)的發(fā)展也很快。目前，我國大陸已建成450多座公路隧道，總長度達(dá)120km。其中，3km以上的隧道15座。在四川省和重慶市的范圍內(nèi)，就有3座4km以上長度的隧道正在修建。

第二部分隧道施工方法的選擇在隧道施工中最重要的是選擇合理的施工方法。在長期的工程實踐中，我國已積累了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗和理論，逐漸行成了具有中國特色的隧道施工方法體系。從目前的工程實際出發(fā)，在今后很長一段時期內(nèi)，礦山法仍然是修建山嶺隧道的主流方法，是其他方法不可能代替的。因此，改造和完善礦山法及其相關(guān)施工技術(shù)，仍然是刻不容緩的，必須及時總結(jié)經(jīng)驗、適應(yīng)新形勢發(fā)展的要求，不斷提高山嶺隧道礦山法的施工技術(shù)水平。目前在我們經(jīng)常采用的礦山法中大致有全斷面法、臺階法和分部開挖法三大類。1、決定施工方法的因素在當(dāng)前的施工實踐中，采用最多的方法是臺階法，其次是全斷面法。在大斷面隧道中，單側(cè)壁導(dǎo)坑（中隔壁法）和雙側(cè)壁導(dǎo)坑（眼鏡法）采用較多。由于施工機械的開發(fā)和輔助工法的采用，施工方法有向更多地采用全斷面法，特別是全斷面法與超短臺階法結(jié)合的發(fā)展趨勢。也就是說，施工方法有向全地質(zhì)型方法轉(zhuǎn)變的趨勢。因此，目前選擇施工方法，并不完全決定于地質(zhì)條件。地質(zhì)條件僅僅是選擇施工方法的一個因素，而更應(yīng)強調(diào)的是：施工方法必須符合快速、安全、質(zhì)量及環(huán)境的要求。其中環(huán)境因素有時成為選擇施工方法的決定性因素。因此，選擇施工方法時需考慮的基本因素大體上可歸納為：（1）施工條件：實踐證實，施工條件是決定施工方法的最基本因素，它包括一個施工隊伍所具備的施工能力、素質(zhì)以及管理水平。目前我國隧道施工隊伍的素質(zhì)和施工裝備水平，有高有低，參差不齊，因此，在選擇施工方法時，不能不考慮這個因素的影響。（2）圍巖條件：也就是地質(zhì)條件，其中包括圍巖級別、地下水及不良地質(zhì)現(xiàn)象等。圍巖級別是對圍巖工程性質(zhì)的綜合判定，對施工方法的選擇起著重要的甚至決定性的作用。從施工技術(shù)的發(fā)展趨勢看，地質(zhì)條件雖然是重要的，但基本施工方法的變化卻不顯著。例如全斷面法和超短臺階法的結(jié)合以及全地質(zhì)型掘進機及自由斷面掘進機等的開發(fā)都說明了這一點。（3）隧道斷面積：隧道尺寸和形狀，對施工方法選擇也有一定的影響。目前隧道斷面有向大斷面方向發(fā)展的趨勢，如公路隧道已開始修建3車道甚至4車道的大斷面，水電子工程中的大斷面洞室，更是屢見不鮮。在這種情況下，施工方法必須適應(yīng)其發(fā)展。在單線和雙線的鐵路隧道中，越來越多地采用了全斷面法及臺階法；而在更大斷面的隧道工程中，先采用各種方法修小斷面的導(dǎo)坑，再擴大形成全斷面的施工方法極為盛行。（4）埋深：隧道埋深與圍巖的初始應(yīng)力場及多種因素有關(guān)，通常將埋深分為淺埋和深埋兩類，有時將淺埋又分為超淺埋和淺埋兩類。在同樣地質(zhì)條件下，由于埋深的不同，施工方法也將有很大差異。（5）工期：作為設(shè)計條件之一的施工工期，在一定程度上會影響基本施工方法的選擇。因為工期決定了在均衡生產(chǎn)的條件下，對開挖、運輸?shù)染C合生產(chǎn)能力的基本要求，即對施工均衡速度、機械化水平和管理模式的要求。（6）環(huán)境條件：當(dāng)隧道施工對周圍環(huán)境產(chǎn)生如爆破振動、地表下沉、噪聲、地下水條件的變化等不良影響時，環(huán)境條件也應(yīng)成為選擇隧道施工方法的重要因素之一，在城市條件下，甚至?xí)蔀檫x擇施工方法的決定性因素。2、隧道施工的基本原則在長期的工程實踐中，不管是哪種方法，都必須正確地堅持隧道施工的基本原則。這些原則是在長期的施工實踐中積累起來的經(jīng)驗教訓(xùn)的結(jié)晶，而且也是得到理論研究證實的。歸納起來，施工中不管采用哪種方法，都必須遵循的基本技術(shù)原則是：（1）因為圍巖是隧道的主要承載單元，所以要在施工中充分保護和愛護圍巖。避免過度破壞和損傷遺留圍巖的強度，使暴露的圍巖盡量保留既有的質(zhì)量，是最重要最基本的原則。這在任何施工方法中都是一樣的，像古老的黃土窯洞、無襯砌的巖石洞等的修建就完全遵守了這個原則。（2）為了充分發(fā)揮圍巖的結(jié)構(gòu)作用，應(yīng)容許圍巖有可控制的變形。一方面容許變形達(dá)到不在圍巖中形成松弛的量級，一方面必須限制它，使圍巖不會過度松弛而喪失或大大降低承載能力；而在淺埋或地表下沉受到控制的條件下，及時控制變形和松弛及其發(fā)展是異常重要的。（3）變形的控制主要是通過支護阻力（即各種支護結(jié)構(gòu)）的效應(yīng)達(dá)到的。因此，在施工中必須合理地確定支護結(jié)構(gòu)的類型、支護結(jié)構(gòu)參與工作的時間、各種支護手段的相互配合、斷面封閉時間、一次掘進長度等。（4）在施工中，必須進行實地量測監(jiān)控，及時提出可靠的、足夠數(shù)量的量測信息，以指導(dǎo)施工和設(shè)計。有人認(rèn)為，量測是“新奧法”的重要組成部分，實際上，在新奧法之前，測量監(jiān)控的技術(shù)早已存在，例如，量測技術(shù)支撐的橫梁彎曲（撓度），用錘擊法判定支柱的受力狀況等。即使從今天的眼光看，這些技術(shù)仍然有實用價值。（5）在選擇支護手段，一般應(yīng)選擇能大面積的、牢固的與圍巖緊密接觸的、能及時施設(shè)和應(yīng)變能力強的支護手段。因此，多采用噴混凝土并與錨桿、金屬網(wǎng)聯(lián)合使用，有時也要與鋼支撐或格柵等配合使用；臨時抑拱也是重要的、不容忽視的支護手段。（6）要特別注意，隧道施工過程是圍巖力學(xué)狀態(tài)不斷變化的過程。減少開挖掘分部，也就有可能減少因分部過多而引起的圍巖內(nèi)的應(yīng)力變化和圍巖松弛。因此，在有可能的條件下，應(yīng)盡量采用全斷面或大斷面分部的開挖方法。（7）在任何情況下，使隧道斷面能在較短時間內(nèi)閉合是極為重要的。在巖石隧道中，因圍巖的結(jié)構(gòu)作用，能夠“自封閉”。而在軟弱圍巖中，則必須改變“重視上部、忽視底部”的觀點，應(yīng)盡量采用能修筑仰拱（或臨時仰拱）或底板的施工方法，使斷面及早封閉。（8）為保證二次襯砌的質(zhì)量和整體性，在任何情況下，都應(yīng)采用先墻后拱的施工順序。（9）在隧道施工過程中，必須建立設(shè)計—施工檢驗——地質(zhì)預(yù)測—量測反饋—修正設(shè)計的一體化的施工管理系統(tǒng)，以不斷地提高和完善隧道施工技術(shù)。在實際施工過程中，這些原則也不是一成不變的，應(yīng)該結(jié)合實際情況進行完善和提高。3、隧道工程施工的基本理念根據(jù)作者的體會，針對目前存在的問題，隧道施工的要點，歸納起來就是四句話：“愛護圍巖”、“內(nèi)實外美”、“重視環(huán)境”、“動態(tài)施工”。這也就是隧道施工的四大理念。所謂“愛護圍巖”有兩層含義：一層含義是不損傷或少損傷遺留圍巖的固有支護能力，這可以通過采用機械開挖技術(shù)和控制爆破技術(shù)予以解決；一層含義是通過各種手段和方法，如采用支護技術(shù)、加固或預(yù)加固技術(shù)以及各種輔助施工技術(shù)增強圍巖的自支護能力等。這些技術(shù)形成了隧道施工的核心技術(shù)。所謂“內(nèi)實外美”，關(guān)鍵是內(nèi)實。而內(nèi)實的關(guān)鍵就是要做到“四密實”，即混凝土密實、噴混凝土密實、噴混凝土與圍巖密實、二次襯砌與初期支護密實。這牽涉到混凝土、噴混凝土、回填、支護接觸等技術(shù)。所謂“重視環(huán)境”，也有兩層含義：一層含義是指內(nèi)部環(huán)境，即施工作業(yè)環(huán)境；一層是對外部環(huán)境;一層是對外部環(huán)境，即對周邊環(huán)境的影響。重視環(huán)境是時代的要求，許多環(huán)境技術(shù)都是因時代的變遷而得到發(fā)展，許多基準(zhǔn)都是因環(huán)境的要求而制定的。根據(jù)暴露出來的圍巖狀態(tài)采取對策，是隧道施工的基本原則。這里所謂“動態(tài)施工”是指；隧道施工過程中的地質(zhì)條件是不斷變化的；其力學(xué)狀態(tài)也是不斷變化的，因此，施工過程中就不可能是一成不變的。我們在施工過程中采用的各種施工方法和技術(shù)都是為了適應(yīng)這種“狀態(tài)”變化的。因此，隧道施工的各種決策都要在施工階段的地質(zhì)技術(shù)、施工階段的量測技術(shù)和施工階段的質(zhì)量控制技術(shù)的基礎(chǔ)上進行管理。這也就是動態(tài)施工的基本含義。4、隧道鉆爆施工方法的選擇4.1鐵路隧道施工方法的選擇鐵路隧道修建采用鉆爆法開挖時，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、斷面大小等具體情況選擇下列主要施工方法：a.全斷面開挖法；b.臺階開挖法；c.分部開挖法（包括環(huán)形開挖預(yù)留核心土法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、中洞法、中隔壁法、交叉中隔壁法）。鐵路隧道施工方法及選擇見表3.4-1。表3.4-1鐵路隧道施工方法及選擇施工方法適用范圍施工要求及技術(shù)措施一、全斷面開挖法Ⅰ～Ⅲ級圍巖；Ⅳ級圍巖在采用有效措施后。配備鉆孔臺車或臺架及高效率裝運機械設(shè)備。二、臺階法Ⅲ～Ⅴ級圍巖，Ⅵ級圍巖單線隧道，采用有效措施后1、臺階長度宜為隧道開挖寬度的1～2倍。2、上臺階的底部位置可在起拱線及以下；3、上臺階使用鋼架時，可采用擴大拱腳和施作鎖腳錨桿等措施，防止拱部下沉變形；三、分步開挖法1、環(huán)形開挖預(yù)留核心土法Ⅴ～Ⅵ級圍巖的雙線隧道1、環(huán)形開挖每循環(huán)開挖長度宜為0.5～1m；2、開挖后應(yīng)及時施作噴錨支護、安設(shè)鋼架支撐，每兩榀鋼架之間宜采用連接鋼筋連接，并應(yīng)加鎖腳錨桿；3、核心土面積不應(yīng)小于整個斷面的50%；4、當(dāng)圍巖地質(zhì)條件差，自穩(wěn)時間較短時，開挖前應(yīng)在拱部設(shè)計開挖輪廓線以外，進行超前支護；2、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法Ⅳ～Ⅴ級圍巖雙線或多線隧道1、側(cè)壁導(dǎo)坑形狀應(yīng)近于橢圓形斷面，導(dǎo)坑斷面宜為整個斷面的1/3；2、側(cè)壁導(dǎo)坑領(lǐng)先長度根據(jù)現(xiàn)場具體情況確定，一般情況下為30～50m；3、導(dǎo)坑開挖后應(yīng)及時進行初期支護，并盡早封閉成環(huán)。3、中洞法雙連拱的隧道1、中洞開挖高度應(yīng)大于中墻高度1m，開挖寬度應(yīng)大于5m；2、短隧道可先貫通中洞，后開挖兩側(cè)；3、中洞開挖后，應(yīng)及時施作初期支護，再分段灌注中墻混凝土，每一縱向段長度宜為4～6m；在中墻混凝土達(dá)到設(shè)計強度后方可拆模，并應(yīng)進行臨時橫向支撐；4、施工中應(yīng)注意力的轉(zhuǎn)換，兩側(cè)應(yīng)均衡開挖，并應(yīng)設(shè)置臨時橫向支撐；5、中墻頂部應(yīng)作好防排水工作。4、中隔壁（CD）法Ⅳ～Ⅴ級圍巖的淺埋雙線隧道1、中隔墻開挖時，應(yīng)沿一側(cè)自上而下分為二或三部進行，每開挖一步均應(yīng)及時施作錨噴支護、安設(shè)鋼架、施作中隔壁，底部設(shè)臨時仰拱，中隔壁墻依次分步聯(lián)結(jié)而成，之后再開挖中隔墻的另一側(cè)，其分步次數(shù)及支護形式與先開挖的一側(cè)相同；2、各部開挖時，周邊輪廓應(yīng)盡量圓順，減小應(yīng)力集中；3、各部的底部高程應(yīng)與鋼架接頭處一致；4、每一部的開挖高度，宜為3.5m；5、后一側(cè)開挖應(yīng)全斷面及時封閉；6、左、右兩側(cè)縱向間距，應(yīng)拉開一定距離，一般情況為30～50m；7、中隔壁應(yīng)設(shè)置為弧形或圓弧形；8、中隔壁在灌注二次襯砌時，應(yīng)逐段拆除。5、交叉中隔壁（CRD）法Ⅳ～Ⅵ級圍巖淺埋的雙線或多線隧道除應(yīng)滿足中隔壁法施工的要求外，尚應(yīng)滿足下列要求：1、設(shè)置臨時仰拱，步步成環(huán)；2、自上而下，交叉進行；3、中隔壁及交叉臨時支護，在灌注二次襯砌時，應(yīng)逐段拆除。4.2淺埋暗挖隧道施工方法的選擇4.2.1淺埋暗挖隧道及地下工程主要開挖方法淺埋暗挖隧道及地下工程主要開挖方法及適用條件見表3.4-2。表3.4-2淺埋暗挖法修建隧道及地下工程主要開挖方法施工方法示意圖重要指標(biāo)比較適用條件沉降工期防水初期支護拆除量造價1.全斷面法地層好，跨度≤8m一般最短好無低2.正臺階法地層較好，跨度≤12m一般短好無低3.上半斷面臨時封閉正臺階法地層較差，跨度≤12m一般短好小低3.正臺階環(huán)形開挖法地層差，跨度≤12m一般短好無低4.單側(cè)壁導(dǎo)坑正臺階法地層差，跨度≤14m較大較短好小低5.中隔墻法(CD工法)地層差，跨度≤18m較大較短好小偏高6.交叉中隔墻法(CRD工法)地層差，跨度≤20m較小長好大高7.雙側(cè)壁導(dǎo)坑法(眼鏡工法)小跨度，連續(xù)使用可擴成大跨度大長效果差大偏高8.中洞法小跨度，連續(xù)使用可擴成大跨度小長效果差大較高9.側(cè)洞法小跨度，連續(xù)使用可擴成大跨度大長效果差大高10.柱洞法多層多跨大長效果差大高11.蓋挖逆筑法多跨小短效果好小低4.2.2淺埋隧道常用施工方法的特點淺埋隧道常用施工方法的特點見表3.4-3。表3.4-3淺埋隧道常用施工方法的特點施工方法臺階法中隔墻法(CD)交叉中隔墻法(CRD)大管棚法雙側(cè)壁導(dǎo)洞法(眼鏡工法)示意圖適用條件適用于較好地層的中小型斷面適用于軟弱地層的中小型斷面適用于軟弱地層且地面沉降控制嚴(yán)格的中型斷面適用于軟弱地層的中小型斷面，尤其是短隧道，如穿越鐵路、公路適用于軟弱地層的大中型斷面，尤其是地面沉降控制嚴(yán)格的大型斷面特點施工方便，速度較快，可增設(shè)臨時仰拱和鎖腳錨桿，對控制下沉有利施工方便，速度較快，對控制地面沉降有利施工復(fù)雜，速度慢，有利于控制地面沉降，但成本較高適用性強，結(jié)構(gòu)形式簡單，有利于控制沉降，但技術(shù)要求高施工復(fù)雜，速度慢，有利于控制地面沉降，但成本較高4.3軟弱地層隧道最常用的開挖方法見圖2.4-1。圖2.4-1軟弱地層隧道最常用的開挖方法

第三部分隧道鉆爆施工方法1全斷面開挖法地下工程斷面采用一次開挖成型(主要是爆破或機械開挖)的施工方法叫全斷面開挖法。該法的優(yōu)點是可以減少開挖對圍巖的擾動次數(shù)，有利于圍巖天然承載拱的形成；工序簡單，便于組織大型機械化施工；施工速度快，防水處理簡單。缺點是對地質(zhì)條件要求嚴(yán)格，圍巖必須有足夠的自穩(wěn)能力。另外，機械設(shè)備配套費用也較大。1.1施工順序全斷面開挖法施工主要工序：使用移動式鉆孔臺車，首先全斷面一次鉆孔，并進行裝藥連線，然后將鉆孔臺車后退到50m以外的安全地點，再起爆，一次爆破成型，出渣后鉆孔臺車再推移至開挖面就位，開始下一個鉆爆作業(yè)循環(huán)。同時，施作初期支護，鋪設(shè)防水隔離層(或不鋪設(shè))，進行二次模筑襯砌。全斷面開挖法施工順序:①全斷面開挖；②噴錨支護；③灌注襯砌。開挖順序見下圖3.1-1所示。圖3.1-1全斷面開挖法施工順序全斷面開挖法施工作業(yè)程序及各工序合理間距如下圖3.1-2所示(單位：m)。圖3.1-2全斷面開挖作業(yè)程序及間距1.2施工工藝流程全斷面開挖工藝流程見下圖3.1-3所示。注：1．鉆孔；2．裝藥、爆破；3．初噴；4．裝渣；5．量測；6．局部掛網(wǎng)；7．復(fù)噴；8．挖溝、鋪底超前；9．鋪防水板；10．模筑襯砌。圖3.1-3全斷面開挖工藝流程1.3施工要點(1)開挖斷面大，炮眼數(shù)量多，炮眼深度一般為3.5～5m，宜均勻布置每臺鑿巖機任務(wù)，使鉆眼作業(yè)同時完成。(2)鉆爆和裝運順序作業(yè)，工序安排必須緊密配合，襯砌與開挖間距應(yīng)能滿足臺車退避到安全地點和爆破不損壞圬工等要求。(3)加強運輸調(diào)度工作和合理配備裝運機械，并宜采用連續(xù)裝碴作業(yè)設(shè)施。(4)當(dāng)頂部圍巖破碎時，應(yīng)及時支護，先初噴后復(fù)噴，并增加機械手進行復(fù)噴作業(yè)，以利于穩(wěn)定地層和加快施工進度。(5)盡可能采用襯砌模板臺車，配合混凝土澆注機或輸送泵施工將拱墻一次完成；鋪底混凝土必須提前施作，且不滯后200m；當(dāng)?shù)貙虞^差時鋪底應(yīng)緊跟，這是確保施工安全和質(zhì)量的重要做法。(6)洞口應(yīng)配備一定機械維修設(shè)備。1.4適用范圍全斷面法主要適用于Ⅱ～Ⅲ級圍巖。當(dāng)斷面在50m2以下，隧道又處于Ⅳ級圍巖地層時，為了減少對地層的擾動次數(shù)，在采取局部注漿等輔助施工措施加固地層后，也可采用全斷面法施工。但在第四紀(jì)地層中采用此施工方法時，斷面一般均在20m2以下，且施工中仍須特別注意1.5評價a.優(yōu)點。全斷面開挖法有較大的作業(yè)空間，有利于采用大型配套機械化作業(yè)，提高施工速度，且工序少，便于施工組織和管理。b.缺點。(1)由于開挖面較大，圍巖穩(wěn)定性降低，且每個循環(huán)工作量較大。(2)每次深孔爆破引起的震動較大，因此要求進行精心的鉆爆設(shè)計，并嚴(yán)格控制爆破作業(yè)。1.6注意事項。全斷面法是目前Ⅰ～Ⅲ級圍巖的隧道工程施工技術(shù)發(fā)展的一個方向，但是在采用全斷面開挖時應(yīng)注意以下事項：(1)加強對開挖面前方的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)的調(diào)查，對不良地質(zhì)情況要及時預(yù)測預(yù)報、分析研究，隨時準(zhǔn)備采取應(yīng)急措施(包括改變施工方法)，以確保施工安全和工程進度。(2)各工序機械設(shè)備要配套，如鉆眼、裝渣、運輸、模筑、襯砌支護等主要機械和相應(yīng)的輔助機具(鉆桿、鉆頭、調(diào)車設(shè)備、氣腿、鑿巖鉆架、注油器、集塵器等)，在尺寸、性能和生產(chǎn)能力上都要相互配合。各項工作要環(huán)環(huán)緊扣，不得彼此牽制而影響掘進，從而充分發(fā)揮機械設(shè)備的使用效率和各工序之間的協(xié)調(diào)作用，并注意經(jīng)常維修設(shè)備，備存足夠的易損零部件，以確保各項工作的順利進行。(3)加強各種輔助作業(yè)和輔助施工方法的設(shè)計與施工檢查，尤其在軟弱破碎圍巖中使用全斷面法開挖時，應(yīng)對支護后圍巖變形進行動態(tài)量測與監(jiān)控，并使各種輔助作業(yè)的三管兩線(高壓風(fēng)管、高壓水管、通風(fēng)管、電線和運輸路線)保持良好狀態(tài)。(4)重視和加強對施工操作人員的技術(shù)培訓(xùn)，使其能熟練掌握各種機械和新技術(shù)，不斷提高工效，改進施工管理，加快施工速度。(5)用全斷面法開挖時，應(yīng)優(yōu)先考慮選擇錨桿和錨噴混凝土、掛網(wǎng)、撐梁等支護形式。1.7全斷面法施工圖片見圖3.1-4～圖3.1-11。圖3.1-4塑料導(dǎo)爆管非電起爆，部分器材和已加工好的起爆藥卷與周邊眼“藥串”圖3.1-5機械化出渣作業(yè)圖3.1-6鋪設(shè)防水塑料板圖3.1-7混凝土輸送車及輸送泵作業(yè)圖3.1-8模板臺車及襯砌作業(yè)圖3.1-9混凝土工廠圖3.1-10三臂和四臂鉆巖臺車在洞內(nèi)聯(lián)合作業(yè)圖3.1-11及時施作仰拱封閉，鋪防水板做永久襯砌2臺階開挖法臺階開挖法施工就是將結(jié)構(gòu)斷面分成兩個或幾個部分，即分成上下兩個工作面或幾個工作面，分步開挖。據(jù)地層條件和機械配套情況，臺階法又可分為正臺階法、中隔墻臺階法等。根據(jù)工程實際地層條件和機械條件，可選擇適合的臺階方式。2.1正臺階開挖法正臺階開挖法優(yōu)點很多，能較早地使支護閉合，有利于控制其結(jié)構(gòu)變形及由此引起的地面沉降。上臺階長度(L)一般控制在1～1.5倍洞徑(D)，根據(jù)地層情況，可選擇兩步或多步開挖法。2.1.1上下兩部分步開挖法若地層較好(Ⅲ～Ⅳ級)，可將斷面分成上下兩個臺階開挖，上臺階長度一般控制在1～1.5倍洞徑(D)以內(nèi)，但必須在地層失去白穩(wěn)能力之前盡快開挖下臺階，支護后形成封閉結(jié)構(gòu)。2.1.1.1施工順序上下兩部正臺階開挖法施工程序如圖3.2-1所示。圖3.2-1上下兩部正臺階開挖法施工程序若地層較差，為了穩(wěn)定工作面，也可輔以小導(dǎo)管超前支護等措施；首先施工超前錨桿、施作臨時拱、鋪底，然后進行正臺階法施工；見下圖3.2-2所示。圖3.2-2有超前支護及臨時仰拱上下兩部正臺階開挖法施工程序2.1.1.2施工工藝流程一般采用人工和機械混合開挖法，即上半斷面采用人工開挖、機械出渣，下半斷面采用機械開挖、機械出渣。有時為避免上半斷面出渣對下半斷面的影響，可用皮帶運輸機將上半斷面的渣土送到下半斷面的運輸車中。2.1.2多部分步開挖留核心土。該法適用于較差的地層，圍巖級別為Ⅰ、Ⅱ類，上臺階取1倍洞徑左右環(huán)形開挖，留核心土。用系統(tǒng)小導(dǎo)管超前支護、預(yù)注漿穩(wěn)定工作面；用網(wǎng)構(gòu)鋼拱架做初期支護；拱腳、墻腳設(shè)置鎖腳錨桿。從斷面開挖到初期支護、仰拱封閉不能超過lOd，以確保地面沉陷控制在50mm以內(nèi)。典型開挖方式見圖3.2-3所示，這是在Ⅱ類黃土地層雙線鐵路斷面施工的實例。上臺階長度取1倍洞徑左右環(huán)形開挖，留核心土，首次用系統(tǒng)小導(dǎo)管超前支護、預(yù)注漿穩(wěn)定工作面，首次將研制成的蝴蝶結(jié)網(wǎng)構(gòu)鋼拱架用在初期支護中。在該次試驗中，測試錨桿在軟土中作用不大，改設(shè)拱腳、墻腳，設(shè)置注漿鎖腳錨管。初期支護至仰拱封閉不能超過lOd，以確保地面沉降控制在50mm以內(nèi)。注：①、②、③、④、⑤為開挖順序a．初期支護b．網(wǎng)構(gòu)鋼拱架c．拱腳注漿鎖腳錨管d．墻腳注漿鎖腳錨管e．初期支護廠塑料薄板隔離層g．泵送粉煤灰防水混凝土模筑(永久襯砌)圖3.2-3多部分步正臺階法開挖施工流程當(dāng)隧道斷面較高時，可以分多層臺階法開挖，但臺階長度不容許超過1.5D。圖3.2-4為北京市地鐵復(fù)興門折返線中雙線隧道正臺階法開挖順序。圖3.2-4雙線隧道正臺階法開挖順序臺階長度之所以定為1倍洞徑(1D)，主要因為地面沉降不容許超過30mm。另外，隧道在施工中縱向產(chǎn)生承載拱，承載拱的跨度約為1倍洞徑(圖3.2-5)。這樣，在1倍洞徑區(qū)段周圍地層產(chǎn)生橫向和縱向兩個承載拱的作用，這對開挖是有利的。臺階長度超過1倍洞徑將失去縱向承載拱受力結(jié)構(gòu)，僅有橫向平面承載拱受力結(jié)構(gòu)。另外，上臺階若選用大于1.5倍洞徑的長臺階，在開挖時縱向變位大，上臺階斷面形狀不利于受力，而且容易引起周圍地層松動，塑性區(qū)增大，造成拱腳附近受力大而使其失穩(wěn)(圖3.2-6)；在下臺階開挖時，也容易產(chǎn)生變位疊加而使其失去穩(wěn)定性(圖3.2-7)。上臺階若過短，小于1倍洞徑，因洞內(nèi)縱向破裂面超過工作面，易造成洞頂土體下滑，引起工作面不穩(wěn)定，所以軟弱地層不能采用短臺階施工(見下頁圖3.2-8)。但是，若用硬巖爆破法施工時，為了便于風(fēng)鉆打眼，可設(shè)置超短臺階。圖3.2-5縱向承載拱的作用圖3.2-6上臺階過長引起松動荷載注：D為開挖直徑圖3.2-7開挖過程中縱向變位影響長度圖3.2-8短臺階施工引起工作面失穩(wěn)所以，從安全角度考慮，臺階長度定為1～1.5倍洞徑是合理的。施工機械的配置也應(yīng)遵守這個原則。因此，在采用正臺階法施工時，應(yīng)樹立一個概念，不要分長臺階、短臺階、微臺階，這是長期施工經(jīng)驗教訓(xùn)的總結(jié)，有關(guān)施工規(guī)范中也取消了這種說法，也不再提半斷面法開挖。需要說明的是，在Ⅱ類砂卵石地層中進行大斷面正臺階開挖，必須同時實施深孔注漿和小導(dǎo)管超前支護、預(yù)注漿輔助工法。2.2施工順序臺階法開挖順序見下圖3.2-9。3.2-9臺階法開挖順序圖2.3施工要點2.4臺階法評價2.4.1臺階法開挖優(yōu)點(1)靈活多變，適用性強。凡是軟弱圍巖、第四紀(jì)沉積地層，必須采用正臺階法，這是各種不同方法中的基本方法。而且，當(dāng)遇到地層變化(變好或變壞)，都能及時更改、變換成其他方法，所以被稱為淺埋暗挖施工方法之母。(2)具有足夠的作業(yè)空間和較快的施工速度。臺階有利于開挖面的穩(wěn)定性，尤其是上部開挖支護后，下部作業(yè)則較為安全。當(dāng)?shù)貙訜o水、洞跨小于lOm時，均可采用該方法。2.4.2臺階開挖法缺點臺階法開挖的缺點是上下部作業(yè)互相干擾，應(yīng)注意下部作業(yè)時對上部穩(wěn)定性的影響，還應(yīng)注意臺階開挖會增加圍巖被擾動的次數(shù)等。2.5臺階法開挖注意事項(1)臺階數(shù)不宜過多，臺階長度要適當(dāng)，一般以一個臺階垂直開挖到底，保持平臺長2.5～3m為宜，這樣也易于減少翻渣工作量。裝渣機應(yīng)緊跟開挖面，減少扒渣距離，從而提高裝渣運輸效率。應(yīng)根據(jù)兩個條件來確定臺階長度：一是初期支護形成閉合斷面的時間要求，圍巖的穩(wěn)定性越差，要求閉合的時間越短；二是上半部斷面施工時開挖、支護、出渣等機械設(shè)備所需的空間大小。(2)臺階法開挖宜采用輕型鑿巖機打眼施作小導(dǎo)管，當(dāng)進行深孔注漿或設(shè)管棚時多采用跟管鉆機，而不宜采用大型鑿巖臺車。(3)個別破碎地段可配合噴錨支護和掛鋼絲網(wǎng)施工，以防止落石和崩塌。(4)要解決好上下部半斷面作業(yè)的相互干擾的問題，做好作業(yè)施工組織、質(zhì)量監(jiān)控及安全管理工作。(5)采用鉆爆法開挖石質(zhì)隧道時，應(yīng)采用光面爆破技術(shù)和振動量測技術(shù)來控制振速，以減少擾動圍巖的次數(shù)。3分部開挖法分步開挖法主要適用于地層較差的大斷面地下工程，尤其是限制地面沉降的城市地下工程，包括單側(cè)壁導(dǎo)坑超前臺階法、中隔墻法(CD、CRD工法)、雙側(cè)壁導(dǎo)坑超前中間臺階法(也稱眼鏡工法)和雙隔墻中間預(yù)留核心土法等多種形式。3.1單側(cè)壁導(dǎo)坑超前臺階法單側(cè)壁導(dǎo)坑超前臺階法主要適用于地層較差、斷面較大，采用臺階法開挖有困難的地層。采用該法可變大跨斷面為小跨斷面。大跨多不小于10m，可采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法，將導(dǎo)坑跨度定為3～4m，這樣就可將大跨變成3～4m跨和6～10m跨。這種施工方法簡單而可靠。采用該法開挖時，單側(cè)壁導(dǎo)坑超前的距離一般在2倍洞徑以上，為穩(wěn)定工作面，經(jīng)常和超前小導(dǎo)管預(yù)注漿等輔助施工措施配合使用，一般采用人工開挖，人工和機械混合出渣，開挖方式見圖3.3-1。圖3.3-1單側(cè)壁導(dǎo)坑超前臺階法開挖方式側(cè)壁導(dǎo)坑尺寸通常根據(jù)機械設(shè)備和施工條件來確定，而側(cè)壁導(dǎo)坑的正臺階高度，一般規(guī)定為臺階底部至起拱線的位置，這主要是為施工方便而確定的，范圍在2.5～3.5m。下臺階落底、封閉要及時，以減少地面沉降(見圖3.3-2)。圖3.3-2單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工3.2中隔墻法(CD工法)和交叉中隔墻法(CRD工法)3.2.1概述。中隔墻法也稱CD工法，主要適用于地層較差和不穩(wěn)定巖體，且地面沉降要求嚴(yán)格的地下工程施工。當(dāng)CD工法仍不能滿足要求時，可在CD工法的基礎(chǔ)上加設(shè)臨時仰拱，即所謂的交叉中隔墻法(也稱CRD工法)。CD工法是20世紀(jì)80年代以來，隨著修建城市地下工程的實例日益增多，尤其是非掘進機方法運用于軟弱、松散地層中淺埋暗挖的隧道工程后，在原正臺階法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種工法。它更有效地解決了將大、中跨的洞室開挖轉(zhuǎn)變?yōu)橹?、小跨的洞室開挖問題。這種方法首次在德國慕尼黑地鐵工程的實踐中獲得了成功，并在技術(shù)上、經(jīng)濟上取得突破。CRD工法是日本在真米隧道建設(shè)中吸取歐洲CD工法的經(jīng)驗，在東葉高速線習(xí)志野臺隧道施工中，將原CD工法先挖中壁一側(cè)改為兩側(cè)交叉開挖、步步封閉成環(huán)、改進發(fā)展的一種工法。其最大特點是將大斷面施工化成小斷面施工，各個局部封閉成環(huán)的時間短，控制早期沉降好，每個步序受力體系完整。因此，結(jié)構(gòu)受力均勻，形變小。另外，由于支護剛度大，施工時隧道整體下沉微弱，地層沉降量不大，而且容易控制。CRD工法以臺階法為基礎(chǔ)，將隧道斷面從中間分成4～6部分，使上、下臺階左右各分成2～3部分，每一部分開挖并支護后形成獨立的閉合單元。各部分開挖時，縱向間隔的距離可根據(jù)具體情況按臺階法確定。3.2.2方法對比。大量施工實例資料的統(tǒng)計結(jié)果表明，CRD工法優(yōu)于CD工法(前者比后者減少地面沉降近50mm)，而CD工法又優(yōu)于眼鏡工法。但CRD工法施工工序復(fù)雜，隔墻拆除困難，成本較高，進度較慢，一般在第四紀(jì)地層中修建大斷面地下結(jié)構(gòu)物(如停車場采用中隔墻法施工時，每步的臺階長度都應(yīng)控制，一般為5～7m。為穩(wěn)定工作面，往往與預(yù)注漿等輔助施工措施配合使用，采用人工開挖、人工出渣方式。CD工法的開挖方式與施工順序分別見圖3.3-3與圖3.3-4。CRD工法的開挖方式與施工流程分別見圖3.3-5與圖3.3-6。圖3.3-3CD工法開挖方式圖3.3-4CD工法施工順序圖3.3-5CRD工法開挖方式圖3.3-6CRD工法施工流程CD工法和CRD工法在大跨度地鐵車站中應(yīng)用很普遍，將大跨分成兩個小洞室，也體現(xiàn)了變大跨為小跨的指導(dǎo)思想。在施工中應(yīng)嚴(yán)格遵守正臺階法的施工要點，尤其要考慮時空效應(yīng)，每一步開挖必須快速。特別是CRD工法對地面沉降的限制嚴(yán)格，所以必須及時步步成環(huán)，工作面留核心土或用噴射混凝土封閉，消除由于工作面的應(yīng)力松弛而增大沉降值的現(xiàn)象。地下工程工作面不宜同時開挖，如同外科手術(shù)一樣，開口越小越好，打開后應(yīng)立即縫合。要注意當(dāng)跨度小于6～7m時，不宜采用CRD工法，以避免因分塊過多、空間過小、進度太慢而增大沉降值。如果時問加長，變位會增大，所以，軟弱不穩(wěn)定地層，在超前支護的作用下，應(yīng)快速施工，快速通過不良地層，這是減少下沉量的最有效的方法。所以，方法的選擇必須因地制宜。3.2.3表3.3-1各種施工方法對比表工法名稱正臺階小導(dǎo)管超前上臺階臨時仰拱法眼鏡工法CD工法CRD工法示意圖工法特點環(huán)形開挖留核心土留核心土跳設(shè)仰拱變大跨為小跨變中跨為小跨步步封閉施工難度較小較大最大中等較大技術(shù)含量低中等高較高最高預(yù)測地面沉降大較大較小小最小施工速度快快最慢較慢慢工程造價低較低最高中等高適用范圍跨度≤10m，地質(zhì)較好跨度≤10m，地質(zhì)較差跨度>10m，超淺埋跨度>10m，沉降要求嚴(yán)格跨度>10m，沉降要求很嚴(yán)格圖3.3-7地下停車場CRD法施工3.2.4CRD工法施工工藝。(1)施工工序(圖3.3-8)。施工工序分為8步(即①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧)，按6個部分，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ部分進行開挖，做到步步封閉成環(huán)。圖3.3-8CRD工法施工順序(2)工藝流程。其工序如下：I部開挖支護lI部開挖支護--I部臨時支護仰拱拆除Ⅲ部開挖支護Ⅳ部開挖支護Ⅲ部臨時支護仰拱拆除V部開挖支護Ⅵ部開挖支護拆除十字中隔墻二次混凝土模筑。圖3.3-9CRD工法8字形網(wǎng)構(gòu)鋼拱架圖3.3-10各部臺階長度3.3雙側(cè)壁導(dǎo)坑超前中間臺階法3.3.1概述。雙側(cè)壁導(dǎo)坑超前中間臺階法也稱眼鏡工法，也是變大跨度為小跨度的施工方法，其實質(zhì)是將大跨度(>20m)分成三個小跨度進行作業(yè)，主要適用于地層較差、斷面很大、單側(cè)壁導(dǎo)坑超前臺階法無法滿足要求的三線或多線大斷面鐵路隧道及地鐵工程。該法工序較復(fù)雜，導(dǎo)坑的支護拆除困難，有可能由于測量誤差而引起鋼架連接困難，從而加大了下沉值，而且成本較高，進度較慢。20世紀(jì)70年代至80年代初國內(nèi)外多用此法，目前使用較少。但是，當(dāng)斷面很大時也經(jīng)常采用，有時還采用連續(xù)眼鏡工法，即三眼鏡法、四眼鏡法。采用該法開挖時，雙側(cè)壁導(dǎo)坑超前的距離相等或不等。為了穩(wěn)定工作面，經(jīng)常和超前預(yù)注漿等輔助施工措施配合使用。一般采用人工和機械混合開挖，人工和機械混合出渣，開挖方式見圖3.3-11。圖3.3-11雙側(cè)壁導(dǎo)坑超前中間臺階法開挖方式圖3.3-12雙側(cè)壁導(dǎo)坑超前中間臺階法開挖順序:圖3.3-13雙側(cè)壁導(dǎo)坑超前中間臺階法施工示意(單位：cm)1．左導(dǎo)坑超前，先施作超前小導(dǎo)管并注漿，開挖①、②部，在②部底設(shè)置橫向臨時支撐。2．開挖左導(dǎo)坑③、④部，使④部及時封閉成環(huán)。3．灌注左導(dǎo)坑仰拱混凝土)。4．待左導(dǎo)坑開挖15~20m后，進行右導(dǎo)坑開挖；⑥、⑦部施工同左導(dǎo)坑①、②部，⑧、⑨部施工同左導(dǎo)坑③、④部。5．灌注右導(dǎo)坑仰拱混凝土(X)。6．灌注左、右導(dǎo)坑邊墻混凝土(XI)。7．邊墻鋼筋混凝土施作完畢后開挖中洞⑥并設(shè)置豎向臨時支撐。8．拆除導(dǎo)坑內(nèi)壁上部臨時支護鋼架，灌注拱部混凝土(XⅡ)。9．開挖中洞⑧。10．開挖中洞仰拱⑩。11．灌注仰拱混凝土(Ⅻ、ⅪⅢ)圖3.3-14雙側(cè)壁導(dǎo)坑超前中間臺階法施工順序圖3.3-15雙側(cè)壁導(dǎo)坑超前中間臺階法施工工藝流程圖3.3-16邊墻襯砌圖(單位：mm)圖3.3-17拱頂襯砌圖(單位：mm)3.4雙隔墻中間預(yù)留核心土法3.4.1概述。雙隔墻中間預(yù)留核心土法也稱為留土柱法，主要適用于地層較差、斷面較大(跨度大于10m)，而且采用CD工法、CRD工法和眼鏡工法開挖有困難的地層。該法也是將大跨變?yōu)樾】绲氖┕し椒?。該方法是以臺階法為基礎(chǔ)，用預(yù)留核心土將隧道斷面從中間分成四部分，使上、下臺階左右各分成兩部分，每一部分開挖并支護后形成獨立的閉合單元。同時，中間預(yù)留土柱能支撐拱頂，有效減少拱頂下沉，充分發(fā)揮土體的支護作用。而且，該施工方法比CRD工法和眼鏡工法工藝簡單，進度更快，由于減少了支護，可降低成本。采用該工法開挖時，雙隔墻超前的距離相等或不等。預(yù)留土柱的各部分開挖時，縱向間隔的距離可根據(jù)具體情況按臺階法確定。3.4.2方法。采用雙隔墻中間預(yù)留核心土法施工時，每步的臺階長度都應(yīng)控制，一般為5～7m。為穩(wěn)定工作面，配合運用長期預(yù)注漿等輔助施工措施，并采用人工開挖、人工出渣方式。工藝流程見圖3.3-18、圖以及圖3.3-20。圖3.3-18雙隔墻中間預(yù)留核心雙隔墻中間預(yù)留核心土法開挖方式:圖3.3-19雙隔墻中間預(yù)留核心土法開挖順序3.4.3環(huán)形開挖預(yù)留核心土法的施工程序為：(1)超前預(yù)支護。洞口采用超前長管棚或雙排小導(dǎo)管注漿預(yù)支護；洞內(nèi)采用超前錨桿或Ф42超前小導(dǎo)管注漿預(yù)支護。注漿漿液水灰比一般為1∶1～0.6∶1；注漿壓力控制在0.6～1.5mPa。當(dāng)預(yù)留核心土土體不穩(wěn)定時，在梯形核心土兩側(cè)肩部打入超前小導(dǎo)管也能夠取得較好的成效。(2)拱部環(huán)形開挖。采用人工配合挖掘機開挖環(huán)形拱部土體，或短進尺開挖軟巖，每循環(huán)進尺0.6～1.0m。根據(jù)隧道掌子面土層的自穩(wěn)能力確定預(yù)留核心土的范圍，按設(shè)計要求初噴混凝土厚度約5cm。(3)拱部初期支護。按設(shè)計參數(shù)安裝拱部H175、I18型鋼鋼架或格柵鋼架；Φ25鎖腳錨桿、系統(tǒng)錨桿；掛鋼筋網(wǎng)；復(fù)噴混凝土。(4)上部結(jié)構(gòu)臨時仰拱。為控制初期支護收斂下沉，必要時在核心土后加設(shè)臨時仰拱，使初期支護結(jié)構(gòu)盡早封閉成環(huán)。(5)下部施工作業(yè)程序。開挖核心土；交錯開挖邊墻（開挖進尺0.8～1.0m）(6)全斷面二次襯砌。利用襯砌臺架鋪設(shè)防水層，綁扎鋼筋；采用襯砌臺車進行二襯混凝土全斷面襯砌。圖3.3-20雙隔墻中間預(yù)留核核心法施工工藝流程3.5中洞法中洞法可適用于雙連拱的隧道,采用先施作中墻混凝土,后開挖兩側(cè)的施工方法.施工時應(yīng)符合下列規(guī)定：1、中洞開挖高度應(yīng)大于中墻高度1m，開挖寬度應(yīng)大于5m；2、中洞開挖長度可根據(jù)隧道長度、寬度以及地質(zhì)情況綜合考慮；短隧道可先貫通中洞，后開挖兩側(cè)；3、開挖后，應(yīng)及時施作初期支護，再分段灌注中墻混凝土，每一縱向段長度宜為4～6m；在中墻混凝土達(dá)到設(shè)計強度后方可拆模，并應(yīng)進行臨時橫向支撐；4、工中應(yīng)注意力的轉(zhuǎn)換，兩側(cè)應(yīng)均衡開挖，并應(yīng)設(shè)置臨時橫向支撐；5、中墻頂部應(yīng)作好防排水工作。

第四部分隧道鉆爆施工機械配套1.全斷面法機械配套情況參見表4.1-1。全斷面法機械配備數(shù)量表4.1—1工序機械名稱規(guī)格型號工作能力配備數(shù)量自家灣進口及1#橫洞自家灣出口河南寺掘進液壓鑿巖臺車液壓鑿巖臺車液壓鑿巖臺車輪式裝載機輪式裝載機輪式裝載機傾卸車傾卸車液壓反向鏟簡易鉆孔臺車三聯(lián)車一機械手TH286—35H177—35H178—35三傾980C三傾966D950BRD030奔馳四臂二臂三臂4m322t15t111222410141121131021113341541襯砌鋼模襯砌臺車簡易襯砌臺車混凝土拌和樓混凝土拌和機混凝土拌和機強制式混凝土拌和機混凝土輸送車混凝土輸送泵混凝土輸送泵混凝土輸送泵SZS一10CP60m3／800L400L375L8m60m3／60m3／13l21512211332241223112通風(fēng)軸流式通風(fēng)機10001250m3／min655其它移動式變壓器1122．半斷面正臺階施工機械配套情況參見表3.2-1。半斷面正臺階施工機械配套表表3.2-1工作內(nèi)容設(shè)備名稱規(guī)格籃位數(shù)量說明土方開挖電鏟反鏟風(fēng)吹電鉆履帶式裝碴機履帶式裝碴機自卸汽車手持軟軸式0.6m3127V，自制9531.7m0988BPERLiNi121臺臺臺臺臺臺214114上半斷面用下半斷面用下半斷面用噴混凝土噴射機強制攪拌機轉(zhuǎn)子i型250I臺臺21錨桿網(wǎng)安鋼拱架電鉆壓漿泵鉆機電焊機自制、風(fēng)吹牛角式7655交流、手提臺臺臺臺2122背后注漿鉆孔開口用排水潛水泵真空泵井點洞內(nèi)降水鉆機、真空泵臺套220量測反饋共十七項微型計算機略mMPL／XT套△日若干1二次襯砌防水層臺架模板臺架(車)混凝土泵混凝土攪拌站混凝土輸送車自制仿制GKK新瀉30m0／h西德45m。／hFV313JML臺臺臺套臺11213注：通風(fēng)、空壓機等未計3．雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖主要機械料具參見表3.3-1。雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖主要機械料具配備表表3.3-1名稱規(guī)格繭位數(shù)量名稱規(guī)格盥位數(shù)量空壓機電瓶車裝碴機充電機拌和機噴射機電動20m。／min10m3fmin內(nèi)燃12m。／minXK8—7／132風(fēng)動硅整流90電動250LPH30(含皮帶運輸機)臺臺臺臺臺臺臺臺11122134錨桿注漿器電焊機潛水泵通風(fēng)機梭式礦車鑿巖機斗車牛角型軸流式J踟r一618.5m3風(fēng)動7655V型0.75m0臺臺臺臺臺臺輛332332012

第五部分隧道工程施工的關(guān)鍵要素及對策隧道施工的終極目的是“貫通”，因此，不論采取何種方案都局限在“鑿巖出碴、襯砌”這個范圍內(nèi)。故而，施工方案確定后，開挖、支護、通風(fēng)、道路和襯砌等各工序工藝是否科學(xué)，直接影響到施工的安全、質(zhì)量和經(jīng)濟效益。開挖是關(guān)鍵。開挖工作是隧道施工的第一流程，開挖工作的優(yōu)越與否直接影響隧道施工的安全、質(zhì)量和效益。提高光面爆破，可以減少對圍巖的擾動，減少應(yīng)力集中，有利于自然拱的形成，便于噴砼工藝，因此，隧道施工安全的關(guān)鍵是開挖。之所以說開挖是關(guān)鍵，還在于開挖決定了隧道的初始幾何尺寸，表明了隧道的貫通及誤差，一旦開挖出了問題，其它后續(xù)工序也就失去了意義。良好的光面爆破可以減少超欠挖，這樣減少了欠挖處理及超挖石碴的外運量，減少襯砌時砼的回填量，而且砼襯砌厚度均勻減少了應(yīng)力集中。因此，開挖也是影響隧道襯砌工作的關(guān)鍵。1.1隧道光面爆破隧道開挖關(guān)鍵是光面爆破的控制，光爆控制好，可以減少超欠挖，減少對巖體的擾動，減少砼回填，節(jié)約成本；光爆效果控制的好壞跟開挖方式、鉆孔設(shè)備及爆破參數(shù)的設(shè)計等因素有關(guān)。針對不同地質(zhì)及地質(zhì)變化多和跨度變化大的特點，在渝懷鐵路施工中，開挖采取了多種施工方案，并根據(jù)地質(zhì)變化適時改變開挖方案和各種參數(shù)。開挖Ⅳ、Ⅴ類（Ⅱ、Ⅲ級）圍巖段采用全斷面法，Ⅱ、Ⅲ類（Ⅳ、Ⅴ級）圍巖段采用正臺階法，少數(shù)隧道采用中壁法開挖。中鐵十二局在施工涪陵隧道過程中采用了小導(dǎo)洞壓頂法開挖，即先在隧道下半斷面施作小導(dǎo)洞（基本采用平導(dǎo)斷面尺寸），小導(dǎo)洞超前大于10m鉆孔設(shè)備的選擇對光面爆破的效果起重要作用，渝懷鐵路隧道開挖絕大多數(shù)采用人工開挖的方式，因此，操作手的經(jīng)驗及熟練程度至關(guān)重要，我局在施工枳城隧道前對操作人員進行了崗前培訓(xùn)，操作人員在施鉆時抓住了“準(zhǔn)、平、齊、直”的要點，同時對風(fēng)槍進行了適當(dāng)改進，改造了部分風(fēng)槍油壺的位置，減少了鉆爆形成的臺階，拱頂和邊墻光面爆破均達(dá)到了很高的水準(zhǔn)。爆破參數(shù)設(shè)計是光爆控制的重要環(huán)節(jié)，我局指揮部聘請長期從事隧道施工、經(jīng)驗豐富的人員來負(fù)責(zé)。在綜合考慮圍巖狀況、巖石整體性好壞、節(jié)理裂隙發(fā)育規(guī)律等多方面因素后，精確合理的設(shè)計爆破參數(shù)，降低了工料消耗，提高了光面爆破效果。渝懷鐵路個別隧道跨度大、截面變化多，中鐵十六局施工的旗號嶺隧道進口段352米大跨度，最大跨度20.04米。有12個變截面，而且大跨段部分地質(zhì)條件極為復(fù)雜，擠壓嚴(yán)重，圍巖穩(wěn)定性差，溶洞多，他們結(jié)合已有的的大跨度變截面施工經(jīng)驗，經(jīng)過精確檢算，將原設(shè)計的中壁法和雙側(cè)壁法開挖改為三臺階七步平行法開挖，仰拱超前、襯砌緊跟，大大加快了進度，安全、順利地完成大跨段施工。1.2開挖中應(yīng)著重注意的問題開挖中最重要的一點就是防塌。山嶺隧道施工絕大部分采用傳統(tǒng)的施工方法——鉆爆法施工。鉆爆法施工的山嶺隧道由于受炸藥爆破震動的影響，破壞了原有巖體內(nèi)部受力平衡，當(dāng)施工方法不當(dāng)或支護不力時，圍巖就會因失穩(wěn)而發(fā)生坍塌。因此，采用鉆爆發(fā)施工的山嶺隧道如何防止坍方是確保隧道施工安全和工程質(zhì)量的關(guān)鍵，也是獲得良好效益和信譽的保證。（1）、易發(fā)生坍方的地形和部位在山區(qū)修建隧道（交通隧道，水工隧洞等），由于隧道穿越地區(qū)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)的復(fù)雜多變，決定了山嶺隧道的施工難度。下面列舉容易發(fā)生塌方的地段和部位，以便遇到類似情況時能引起高度重視。a.容易發(fā)生塌方的地段埋深較淺地段：山嶺隧道埋深在200米以下時，圍巖由于受到地表水侵蝕，巖層風(fēng)化嚴(yán)重，如施工不當(dāng)易發(fā)生塌方。斷層破碎帶及斷層影響帶：因其圍巖破碎，自穩(wěn)能力差，并含有大量的填充物和地下水，如施工不當(dāng)易發(fā)生塌方。巖層接觸帶：因其巖層不同，且大多伴有小構(gòu)造，如重視不夠可能會發(fā)生塌方。高應(yīng)力地段：在軟質(zhì)圍巖中，由于受到高地應(yīng)力的影響，圍巖變形較大，若支護不力極易發(fā)生坍方。在高水位富水地段：巖溶呈不規(guī)律性分布，隨時遇到意想不到的溶洞，若防備不及，溶洞內(nèi)的填充物涌出或坍塌，也會給工程造成不利的影響。b.容易發(fā)生坍方的部位隧道洞口：隧道洞口集埋深淺、石質(zhì)較差、受力結(jié)構(gòu)復(fù)雜等不利因素于一體，處理不當(dāng)極易發(fā)生坍方。隧道拱腳：當(dāng)采用半斷面施工開挖下半斷面時，若拱腳支護不力，極易造成坍方。隧道墻腳：當(dāng)進行檢底施工時，措施不當(dāng)墻腳懸空時，致使邊墻失穩(wěn)而發(fā)生偏幫。隧道拱部：地質(zhì)條件較差，拱部變形較大，支護強度不足時，易發(fā)生拱部坍塌。隧道與隧道的交叉部位，即主洞與支洞交叉的部位，也就是通常所說的交叉三角區(qū)，如果處理不當(dāng)，支護不力，極易發(fā)生坍方。在水平巖層或近似水平巖層中，拱部易發(fā)生掉頂；在垂直巖層或近似垂直巖層中，邊墻易發(fā)生偏幫。（2）、預(yù)防措施在山嶺隧道施工中，如果施工方法及支護手段使用不當(dāng)，不僅不能加快施工進度，而且也不能保證工程質(zhì)量和施工安全，易造成坍方。1.3常用的施工方法如何選擇安全、合理、實用的施工方法與圍巖級別和隧道斷面大小密切相關(guān)，如施工方法選擇不當(dāng)，就有可能在施工時造成坍方。各種施工方法在不同圍巖和隧道中適用情況詳見下表5.1-1。表5.1-1施工方法適用表圍巖級別施工方法隧道斷面全斷面法正臺階法單側(cè)壁導(dǎo)坑法雙側(cè)壁導(dǎo)坑法中導(dǎo)坑法Ⅰ～Ⅱ50m首選首選50m2首選首選100m首選首選Ⅲ50m首選首選50m2首選首選100m首選首選Ⅳ50m首選首選50m2可用首選可用100m首選可用Ⅴ～Ⅵ50m首選附注：僅適用于有輔助導(dǎo)坑的隧道50m2首選可用100m首選首選簡圖在山嶺隧道施工中，也曾出現(xiàn)過其他一些施工方法，隨著隧道施工技術(shù)和機械化程度的不斷提高和完善，有些施工方法過于陳舊老化，難于滿足施工安全的需求，且不利于施工速度和工程質(zhì)量的提高，已在現(xiàn)代隧道施工中被逐步淘汰，如漏斗棚架法、半斷面法、先拱后墻法、先墻后拱法。1.4采用正確的支護手段除了施工方法安全合理實用外，采用合理、經(jīng)濟的施工支護手段也是防止隧道坍方的關(guān)鍵。施工支護手段與圍巖級別及隧道斷面大小密切相關(guān)。在現(xiàn)代隧道施工中，普遍采用的施工支護手段有：噴混凝土、錨桿、鋼支撐、超前錨桿、混凝土襯砌等。在隧道施工中，應(yīng)根據(jù)實際工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況，選擇經(jīng)濟、合理符合設(shè)計及規(guī)范要求、滿足施工安全的支護措施。1.5采用超前地質(zhì)預(yù)報及監(jiān)控量測技術(shù)提供防坍信息現(xiàn)代隧道施工中，利用先進的信息技術(shù)，及時反饋地質(zhì)變化情況和支護受力變形情況，適時調(diào)整施工方法和支護手段，準(zhǔn)備預(yù)防應(yīng)急措施，避免坍方施工的發(fā)生，確保施工安全。在目前隧道施工中，一般采用超前地質(zhì)預(yù)探探報技術(shù)、監(jiān)控量測技術(shù)等手段預(yù)報隧道開挖前方工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，監(jiān)測支護結(jié)構(gòu)受力變形情況，為設(shè)計變更及施工中采取相應(yīng)的施工方法和支護手段提供依據(jù)。支護保安全。支護是安全的保證。隧道支護應(yīng)根據(jù)不同的圍巖類別及地質(zhì)狀況進行施作，對洞口存在堆積體、滑坡體、淺埋及軟弱地層等不良地質(zhì)隧道，如中鐵二十局施工羊角磧隧道采用了大管棚、小導(dǎo)管注漿超前支護，地表注漿加固及地面旋噴樁加固等措施。部分隧道洞口設(shè)置抗滑樁保證坡體的整體穩(wěn)定，進洞后盡快施做洞門，確保進洞洞口安全；洞內(nèi)軟弱地層地段以錨、噴、網(wǎng)為主要支護手段，必要時加格柵鋼架，強化支護措施，同時減少對巖體的擾動，抑制圍巖過度松弛變形，確保洞內(nèi)施工安全。有效的支護是隧道快速推進的保證?，F(xiàn)在的隧道施工中除了上述的支護方式外還有噴微纖維砼、噴細(xì)鋼絲砼等支護方法，不論那種支護方法，在實施中必須按照要求認(rèn)真施做。渝懷鐵路白馬二號隧道施工中遇到填充性溶洞，按要求采用小導(dǎo)管超前注漿及格柵鋼架、噴砼聯(lián)合支護的形式，但在施工過程中發(fā)現(xiàn)超前小導(dǎo)管未注漿、結(jié)果導(dǎo)致了坍方，造成了不必要的損失，也影響了施工進度；在隨后的處理過程中，施工人員認(rèn)真總結(jié)教訓(xùn)，嚴(yán)格按照技術(shù)要求施工，順利通過了該區(qū)間。在成都西嶺雪山隧道施工中遇到過同樣的問題：該隧道的支護以格柵鋼架、噴砼為主，輔以少量的錨桿。由于種種原因，隧道進口停工近九個月，重新開工后發(fā)現(xiàn)原有的噴砼表面有裂縫（30米左右，無格柵鋼架），施工人員進行補噴后即開始正常掘進。但由于噴砼支護無法抑制圍巖的變動，而導(dǎo)致了大的坍方和亡人事故。如果開工后及時架設(shè)格柵鋼架，則這次事故完全可以避免。綜上所述，支護是隧道施工安全、進度的保證，必須高度重視。3、通風(fēng)創(chuàng)效益。長大隧道的通風(fēng)問題一直是影響隧道施工進度的一大因素，因為每次通風(fēng)時間越長，循環(huán)時間就相應(yīng)加長，而且長時間的通風(fēng)消耗的電量也是一筆不小的開支。因此，科學(xué)的解決好通風(fēng)問題，不僅可以降低能耗，創(chuàng)造良好的施工環(huán)境，而且可以提高施工進度，降低機械設(shè)備的損耗，從而創(chuàng)造整體經(jīng)濟效益和社會效益。在長大隧道的施工方案確定上，通風(fēng)問題歷來是重中之重，是施工單位高度重視的課題。目前隧道通風(fēng)主要有以下幾種形式:3.1獨頭通風(fēng)獨頭通風(fēng)方式是目前采用的主要通風(fēng)方式，又可分為壓出式通風(fēng)和壓入式通風(fēng)。（1）壓出式通風(fēng)（抽出式）我局在“引大入秦”工地同中國鐵道建筑總公司科研小組就8#引水洞的通風(fēng)問題共同研究實施，8#引水洞全長4000余米，單口長2000余米，無平導(dǎo)。當(dāng)時采用1米直徑的硬質(zhì)通風(fēng)管，通風(fēng)設(shè)備采用2×55km的日產(chǎn)通風(fēng)機，通風(fēng)機安裝在洞口，爆破后廢氣從通風(fēng)管抽出洞外，新鮮空氣流經(jīng)全洞，效果很理想，通風(fēng)時間由原來的（軟質(zhì)通風(fēng)管∮（2）壓入式通風(fēng)壓入式通風(fēng)也是隧道施工中常用的方式，其優(yōu)點是掌子面空氣新鮮，有利于施工人員工作，其關(guān)鍵是計算通風(fēng)量及風(fēng)管、設(shè)備等，現(xiàn)以渝懷鐵路枳城隧道為例簡要介紹其計算方法：3.1.1通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)：最低風(fēng)速：大于0.25米/秒氧氣含量：按體積不小于20%一氧化碳最高允許濃度：30mg/m3二氧化碳：按體積不小于1.5%氮氧化物：（換算成NO2）為5mg/m3以下粉塵最高允許濃度：每立方米空氣中含有10%以上游離二氧化硅的粉塵為2mg洞內(nèi)氣溫：小于283.1.2通風(fēng)方式采用管道壓入式通風(fēng)作為主要通風(fēng)方式，即在洞口安裝通風(fēng)機，通過風(fēng)管向洞內(nèi)工作面壓入新鮮風(fēng)流，污風(fēng)從隧道排出洞外。3.1.3風(fēng)量計算按以下三方面因素考慮，取最大值